DE4290927C2

DE4290927C2 - Anlage zur flexiblen Positionierung von Bauteilen in einer Montagestation und Anlage zur flexiblen Montage von Bauteilen

Info

Publication number: DE4290927C2
Application number: DE4290927A
Authority: DE
Inventors: Hadi A Akeel; Lane A Hautau
Original assignee: Fanuc Robotics North America Inc
Current assignee: Fanuc Robotics North America Inc
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2012-02-08
Also published as: CA2106580C; US5239739A; WO1992017312A1; JPH06510951A; DE4290927T1; JP2573547B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur flexiblen Positionie rung von Bauteilen in einer Montagestation zur nachfolgenden Bildung einer Baugruppe, wobei jedes der Bauteile wenigstens ein kritisches Lagemerkmal und eine Vielzahl von Auflage punkten aufweist, die relativ zu dem wenigstens einen kriti schen Lagemerkmal definiert sind, wobei die Anlage folgendes umfaßt:
eine Basis mit einem Bezugspunkt und eine Vielzahl von vonein ander beabstandeten, auf der Basis angeordneten programmier baren Haltern, wobei jeder der programmierbaren Halter einen individuellen Arbeitsbereich aufweist und zur Aufnahme und zum Tragen wenigstens eines der Bauteile an einem seiner Auf lagepunkte ausgebildet ist, wobei sämtliche der programmier baren Halter an vordefinierten Stellen auf der Basis befe stigt und gehalten sind,
Steuerungsmittel mit einem ersten Satz von Programmen, wobei jeder der programmierbaren Halter sich unabhängig voneinander unter Programmsteuerung innerhalb seines Arbeitsbereiches be wegt, um die Auflagepunkte des wenigstens einen Bauteils einzustellen, und
Fixierelemente bzw. Mittel zur Halterung jedes Bauteils an einer Vielzahl von Haltepunkten relativ zu der Basis.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Anlage zur flexiblen Montage von Bauteilen zu Baugruppen, wobei eine Anlage zur flexiblen Positionierung von Bauteilen und Bearbeitungsmittel für das zumindest teilweise Verbinden der Bauteile vorgesehen sind, während diese von den Mitteln zur Halterung festgelegt sind.

Die oben genannten Anlagen sind, wie nachstehend beschrieben, für die Herstellung von Untergruppen aus Karosserieblechteilen und die weitere Herstellung von größeren Untergruppen aus Gruppen kleinerer Untergruppen, Bleche und anderer Einzelteile anwendbar. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Schlußmontage der gesamten Fahrzeugkarosserie aus größeren Untergruppen.

Der heute vorherrschende Versuch, automatisierte Fertigungs technik in die Herstellung zu integrieren, besteht darin, wahlweise Automation vorzusehen und Inseln automatischer Fer tigung zu schaffen. Es wurde die Phrase "Inseln der Automati sierung" verwendet, um den Übergang von der herkömmlichen oder mechanischen Fertigung zu der automatisierten Fertigung zu beschreiben. Interessanterweise scheinen einige diese Phrase zu nutzen, als wäre dies das erstrebenswerte Endziel. Im Ge gensatz hierzu kann die Schaffung solcher Inseln ein Haupthin dernis auf dem Weg zu einer integrierten Fertigung sein.

Beispiele solcher Inseln der Automatisierung in der Fer tigung umfassen numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen; Roboter zur Montage, Inspektion, zum Lackieren und zum Schweißen; Laser zum Schneiden, Schweißen und zur Nachbe arbeitung; Sensoren zum Testen und Prüfen; automatisierte Lager- und Wiederbereitstellungssysteme (AS/RS) zur Lage rung von zu bearbeitenden Teilen (work-in-process), Werk zeugen und Versorgungsmaterial; Einschienen-Flurförderwa gen (smart carts monorails) und Fördermitteln zur Bewe gung von Material von Arbeitsstation zu Arbeitsstation; automatisierte Montageausrüstung und flexible Bearbei tungssysteme. Solche Inseln werden oft einzeln erworben und durch Kostenreduzierung rechtfertigt. Ein Beispiel eines AS/RS-Systems ist in dem US-Patent 4,328,422 von Loomer offenbart. Eine andere Art von AS/RS-Systemen und ein Steuersystem dafür ist in dem US-Patent von Tapley Nr. 4,232,370 beschrieben.

Um die Inseln der Automatisierung zu integrieren, ist es notwendig, verschiedene Maschinen zu einer Einheit zu verbinden. Zum Beispiel kann ein Bearbeitungszentrum mit Robotern zum Bestücken und Entladen von Teilen am besten mit einem visuellen Überwachungssystem zur Qualitätskon trolle verbunden sein. Numerisch gesteuerte Werkzeug maschinen können alle durch einen Computer, der auch Da ten listet, ausgibt und sammelt, gesteuert werden. Auszu wählen, welche Inseln miteinander zu verbinden sind, kann am wirkungsvollsten auf der Basis von Kosten-, Qualitäts- und Zykluszeitgewinnen durchgeführt werden.

In einigen Fällen werden die Automatisierungsinseln sehr klein sein (z. B. eine einzige Maschine oder Arbeitssta tion). In anderen Fällen könnten die Inseln Abteilungs größe haben. Das US-Patent 4,611,749 von Kawano offen bart den Einsatz von Robotern um Teile zwischen solchen Inseln zu transferieren, die relativ nahe beieinander sind. Von einem Systemgesichtspunkt aus sind Automatisie rungsinseln nicht notwendigerweise schlecht, so lange sie als Zwischenziele in der abschnittsweisen Einführung eines automatisierten Systems betrachtet werden. Um je doch ein integriertes Fertigungssystem zu erhalten, ist es erforderlich, die Inseln der Automatisierung miteinan der zu verbinden oder zu synchronisieren. Systemsynchro nisation erfolgt häufig durch ein Materialhandhabungs system. Dieses bildet physikalisch Brücken, die die In seln der Automatisierung miteinander verbinden. Beispiele solcher miteinander durch Materialhandhabungssysteme ver ketteter Inseln sind in den US-Patentschriften 4,369,563 von Williamson und Nr. 3,854,889 von Lemelson offenbart.

Das Patent mit den Endziffern 563 offenbart ein System, welches Werkzeugmaschinen umfaßt, die Bearbeitungsvor gänge an Werkstücken durchführen, welche auf Paletten an geordnet sind. Die Werkzeugmaschinen werden durch Trans porter aus einem Lagerregal mit Paletten versorgt. Die Paletten werden von Hand mit den Werkstücken bestückt.

Das Patent mit den Endziffern 889 offenbart ein System mit Werkstückträgern (work-holding carriers), die wahl weise in ihrer Bewegung so gesteuert werden, daß be stimmte ausgewählte Werkzeugmaschinen mit Arbeit be schickt werden, während andere Maschinen umgangen werden.

Automatisierte Materialhandhabung wurde bislang als das Rückgrat der automatischen Fertigung bezeichnet. Anders als der Computer als solcher wird diese Funktion von vielen Automatisierungsspezialisten als das wichtigste Element in dem gesamten Szenario der automatisierten Fer tigung erachtet. Es ist das gemeinsame Glied, welches bei der Überführung von Materialien und Einzelteilen in fer tige Produkte Maschinen, Arbeitszellen und Abteilungen zu einem zusammenhaltenden Ganzen zusammengefügt. Das US-Pa tent von Sekine et al Nr. 4,332,012 offenbart z. B. ein Steuerungssystem für Montagebänder für die Herstellung von verschiedenen Kraftfahrzeugmodellen. Temporäre Lage rung ist zwischen Montageschritten durch eine Lagerabtei lung vorgesehen.

Bis heute war eines der Hauptanwendungsgebiete für Indu strieroboter die Materialhandhabung. Hier sind solche Aufgaben umfaßt, wie das Bestücken und Entladen von Ma schinen; Bestücken und Entladen von Paletten; Stapeln und Entstapeln; und der allgemeine Transfer von Teilen und Materialien - z. B. zwischen Maschinen oder zwischen Ma schinen und Förderern. Ein Beispiel einer solchen Anwen dung ist in dem US-Patent Nr. 4,519,761 von Kenmochi of fenbart. Dieses Patent beschreibt eine kombinierte Gieß- und Montagevorrichtung, in welcher eine Palette mit einen Förderer gefördert wird. Harzkomponenten für die Verwen dung bei dem Gieß- und Montagevorgang werden von den Pa letten getragen.

Roboter sind häufig ein wichtiges Zubehör bei der Ausfüh rung von flexiblen Fertigungssystemen (FMS) und der auto matisierten Fertigung. Frühe Beispiele der Verwendung von Robotern zur Montage von kleinen Teilen sind in den US- Patenten Nr. 4,163,183 und 4,274,987 von Engelberger et al beschrieben. Dort werden Roboter verwendet, um Teile von Paletten auf einem zentral angeordneten Werktisch zu montieren.

Die automatisierte Fertigung kann angefangen von fahrer bedienten Gabelstaplern bis zu ausgeklügeltem, computer bedientem Echtzeit-Melden(real-time reporting) mit sogenannten "car-on-track"-Systemen und Farbgraphik verfolgung einer Vielzahl von Materialtransportvorrich tungen umfassen. Diese Materialtransportsysteme dienen der Integration von Arbeitszellen in sogenannte FMS-Ein richtungen und der Verbindung solcher Einrichtungen und anderer Arbeitszellen miteinander zur totalen Steuerung des Materialtransports.

Bei all ihrer Vielseitigkeit sind Roboter durch ihren re lativ geringen Arbeitsradius begrenzt, wodurch es erfor derlich wird, daß Arbeitsteilbefestigungsvorrichtungen und weiterzuverarbeitende Teile zwecks Bearbeitung zu dem Roboter gebracht werden müssen. Die vollständige Integra tion des Roboters in das flexible Fertigungssystem erfor dert, daß viele Teile und Unterbaugruppen dem Roboter auf einem automatisierten Transport- und Verbindungssystem präsentiert werden. Zum Beispiel führt die Aufstellung eines Montageroboters ohne ein automatisiertes Transport system zu einer uneffizienten Insel der Automatisierung mit großen Lagern von zu verarbeitenden Teilen, die not wendig sind, um die Ineffizienz der manuellen Zulieferung und der Zulieferung mittels Gabelstapler zu kompensieren.

Ein Beispiel der Verwendung von Robotern bei der Montage bandfertigung ist in dem US-Patent Nr. 4,611,380 von Abe et al beschrieben. Dieses Patent offenbart die Verwendung eines Strichcodes zur Identifizierung der auf einem Ba siselement zu montierenden Einzelteile, um die Montage vorgänge zu steuern.

Das US-Patent von Suzuki et al Nr. 4,616,411 beschreibt einen Befestigungsapparat mit einer Bolzenaufnahme- und Zufuhreinrichtung zur Verwendung bei der automatisierten Montage einer Kraftfahrzeugtür.

Die Handhabung, Orientierung und Zuführung von Teilen, wie sie von Zulieferern ankommen, muß vor der Montage durch den Roboter erfolgen, da diese Teile in der Regel für den Montageroboter neu ausgerichtet werden müssen. Das US-Patent Nr. 4,527,326 von Kohno et al beschreibt z. B. eine vibrierende Schüssel, die einem Montageroboter Teile zuführt. Ein Sichtsystem ermöglicht dem Roboter, die einzelnen Teile aus der Schüssel herauszunehmen.

Die Teilezufuhr ist eine Technologie, die grundsätzlich hinter den fortgeschrittenen Automatisierungssystemen, die diese unterstützt, zurückgeblieben ist. Im allgemei nen jedoch beeinträchtigt die Teilezufuhr die Flexibili tät, steigert die Kosten, steigert die beanspruchte Grundfläche und verlängert die für das Zulieferkonzept benötigte Zeit (concept-to-delivery time). Für eine maxi male Flexibilität sollte ein minimaler Aufwand an Werk zeug in Betracht kommen. Andererseits kann zusätzliches Werkzeug wirkungsvoll verwendet werden, um durch Unter stützung des Roboters Zeit zu sparen. Typischerweise hierfür vorgesehene "Hardware" - Schüsselzuführer, Maga zine, Paletten - ist erforderlich, um dem Roboter Teile zuzuführen. Im Gegensatz zu dem Roboter ist die hierfür vorgesehene Hardware nicht einfach wieder einsetzbar und deshalb für mittelgroße Anwendungen weniger wirtschaft lich.

Das US-Patent Nr. 4,383,359 von Suzuki et al offenbart ein Teilezufuhr- und Montagesystem mit Mehrstufenvibra tions- und Magazinzuführern. Ein Roboter wird dazu ver wendet, die Position der zuzuführenden Teile zur Montage an einem von einem Bandförderer getragenen Chassis zu än dern. Der Roboter arbeitet in Kombination mit einem Sichtsystem, um die Teile zu reorientieren.

Weder flexibel noch ausgeklügelt wird die Teilezuführaus rüstung gewöhnlich von hochqualifizierten Handwerkern konstruiert, die mit Schweißbrenner und Hammer in kleinen spezialisierten Gruppen arbeiten. Die verbreitetste und billigste Zufuhrmethode - Vibrationsschüsselzufuhr - bie tet dem Konstrukteur eine vielseitige Basis, die leicht modifiziert werden kann, um viele verschiedene Teile, die unproblematisch und im wesentlichen identisch sind, zu handhaben. Kritische Teile oder solche Teile, die sich verheddern, sowie Motoren, werden zur exakten Ausrichtung besser durch Magazine oder Tabletts zugeführt.

Auch können nicht alle Teile mittels Schüsselbeschickung zugeführt werden. Für die meisten Teile ist das vordring liche Interesse die Geometrie, insbesondere die Symme trie. Wenn ein Teil weder symmetrisch noch grob asymme trisch ist, wird die Vibrierschüsselbeschickung einfacher und effizienter sein.

Roboter können Werkstücke laden und entladen, diese auf dem Transport montieren, sie vor Ort inspizieren oder sie einfach nur identifizieren. Die Art der Aktivität des Ro boters oder der Maschine und die Schnittstelle zu dem Ma terialtransportsystem bestimmt die gestalterischen Anfor derungen an das Transportsystem. Eine der Gestaltungs variablen bezüglich dieser Schnittstelle umfaßt die Ex aktheit und Wiederholbarkeit, mit welcher eine Last po sitioniert werden kann (in drei Ebenen). Auch die sorg fältige Ausrichtung des Werkstückes, wenn es anfänglich auf den Transportträger geladen wird, spart Zeit, wenn die Arbeit an den Roboter oder an das weiterverarbeitende Werkzeug weitergegeben wird. Die richtige Ausrichtung des Teils ermöglicht das schnelle Auffinden dieses Teils mit automatischen Vorrichtungen ohne nach ihm zu suchen und jedesmal an der Arbeitsstation Zeit zu verschwenden.

Halterungen können so ausgebildet sein, daß sie verschie dene Werkstücke aufnehmen, so daß die Investitionen für Ausrüstung reduziert werden können, wenn mehr als ein Produkt oder eine Produktart mit dem gleichen System be arbeitet werden.

Das Transportsystem muß in der Lage sein, innerhalb des aufgrund von Maschinen- und Gebäudekonfigurationen be grenzten Raumes zu arbeiten und muß dennoch kontinuier lich mit der durch Werkstückgewicht und Halterungsgewicht aufgebrachten Last sowie mit zusätzlichen Kräften, die durch andere bei der Verarbeitung benötigte Ausrüstung erzeugt werden, betrieben werden.

Das System muß ferner die Möglichkeit bieten, Teile an der Arbeitsstation einzufädeln, so daß während des ge samten Verfahrens ein kontinuierlicher Arbeitsfluß auf rechterhalten werden kann. Das automatische Einreihen von Transportträgern sollte ein sanftes Ansammeln ohne Be schädigung der Teile oder der Träger sein.

Das größte Hindernis der Robotermontage ist die wirt schaftliche Rechtfertigung. Wenn die Kosten der Roboter montage mit traditionellen manuellen Verfahren oder mit großvolumig ausgelegter Maschinerie (high volume dedicated) verglichen werden, schneiden Roboter oft schlechter ab. Ein Teil dieses Spektrums sind großvolu mige Hochgeschwindigkeitsanwendungen, so starke Automati sierung angewandt wird. In einer solchen Umgebung ist es für Roboter schwierig, sich durchzusetzen. Andererseits werden Produkte mit geringerem Umfang und größerer Viel falt von Hand montiert. Robotern kann die Geschicklich keit zur Durchführung derartiger Arbeiten fehlen und Ro boter können mehr kosten als relativ gering bezahlte Mon teure. Zwischen diesen beiden Extremen zur flexiblen Fer tigung gibt es einen Mittelweg. Viele glauben, daß die beste Lösung eine Kombination von Robotern, ausgewählter Ausrüstung und manueller Montage ist.

Wenngleich die Montage eine der schwierigsten Gebiete der Roboteranwendung ist, behaupten viele, daß es auch die vielversprechendste Anwendung ist. Montageroboter bieten ein breites Feld von Vorteilen, die nicht ignoriert wer den können. Sie können Produkte von hoher und beständiger Qualität herstellen, weil sie teilweise hochqualitative Einzelteile benötigen. Ihre Umprogrammierbarkeit gestat tet es, sie an Gestaltungsänderungen und verschiedene Produktarbeiten leicht anzupassen. Bestände an weiterzu verarbeitendem Material und Ausschuß können reduziert werden. Es ist deshalb wichtig, daß das Materialtrans portsystem, welches die Roboter bedient, in der Lage ist, sich schnell mit Teilen in Position zu bewegen und sich anschließend aus der Arbeitsstation heraus zu stromab wärts gelegenen Stationen zu bewegen. Prompte Trans porterbewegungen erlauben eine Minimierung des weiterzu verarbeitenden Inventars. Stapelgrößen werden kleiner und werden schneller abgearbeitet mit nur einem Minimum an Stauungen an jeder Arbeitsstation.

Das US-Patent Nr. 4,594,764 von Yamamoto offenbart eine automatische Vorrichtung und ein Verfahren zur Montage von Teilen in einem Bauelement wie z. B. einem Armaturen brett eine Kraftfahrzeugs. Ein Förderer fördert eine Auf spannvorrichtung, die das Brett aufnimmt zu und von Mon tagestationen. Roboter befestigen die Teile auf dem Arma turenbrett an den Montagestationen. Die Roboter sind mit an den Armen angeordneten Muttern-Andrehvorrichtungen versehen, die von Vibratorschüsseln mit Teilen versorgt werden.

Ein Bindeglied zur Verkettung einiger voneinander unab hängiger automatisierter Herstellungsvorgänge ist das automatisch gelenkte Fahrzeugsystem (AVGS). Das AVGS ist ein relativ schnelles und verläßliches Verfahren zum Transport von Material, Teilen oder Ausrüstung, insbeson dere wenn das Material von dem gleichen Ausgangspunkt zu anderen gemeinsamen Bestimmungspunkten transportiert wer den soll. Führungswegflexibilität und unabhängige und verteilte Kontrolle machen das AVGS zu einem effezienten horizontalen Transportmittel. Solange ausreichend Platz und ein relativ glatter Boden zur Befestigung von Füh rungsdrähten oder Übertragern vorhanden ist, kann das AVGS eingesetzt werden.

Als Alternative zu herkömmlichen Förderverfahren bietet das AVGS eine zentralisierte Steuermöglichkeit für Mate rialbewegungen. Außerdem benötigt AVGS wenig Raum im Ver gleich zu einem Förderband. Die Informationen, die von dem AVGS erhältlich sind, ermöglichen die Verwaltung mit einer Datenbank, die die Produktion anzeigt. Das US-Pa tent Nr. 4,530,056 von Mackinnon offenbart ein AVGS- System, das ein Steuersystem zur Steuerung der einzelnen Fahrzeuge umfaßt.

Roboteraufstellungen für Transporterschnittstellen können grundsätzlich in drei Kategorien eingeteilt werden: (1) stationärer Roboter, (2) sich bewegender (z. B. mobiler) Roboter (auf dem Boden oder Überkopf) und (3) in eine Ma schine integrierter Roboter. Die sich bewegenden Roboter lassen sich in zwei Arten unterteilen. Zum einen in orts feste Roboter, die auf einem Transporter montiert sind und sich zwischen Arbeitspositionen bewegen, um Schweiß arbeiten, Überwachungsarbeiten und andere Aufgaben wahr zunehmen. Die zweite Art von sich bewegenden Robotern ist die Kraneinheit, die Werkstücke von mehr als einer Tonne Gewicht oberhalb der Arbeitszellen und des Transport systems positionieren kann. Das System muß nur irgendwo innerhalb der Reichweite der Kranbewegung abliefern und aufnehmen.

Endeinrichtungen, die bei der Materialhandhabung verwen det werden, umfassen alle herkömmlichen Techniken - Stan dardgreifer, Saugnäpfe, Elektromagneten - und viele spe zielle Ausführungen um ungewöhnlichen Anwendungserforder nissen zu entsprechen. Mehrzweckwerkzeug wird oft verwen det, sowohl um Separatoren oder Ablagetische als auch Teile, die durch das System bewegt werden, aufzunehmen.

Vakuumgreifer und elektromagnetische Greifer sind vor teilhaft, weil sie besser den Zugriff auf die Teile von oben als von der Seite erlauben. Dies vermeidet die sonst häufig bei der Verwendung von mechanischen Greifern ange stellten Räumlichkeitsüberlegungen.

Jedoch ist die Verwendung von Vakuum- und elektromagneti schen Greifern nicht ganz unproblematisch, da die Zyklus zeit nicht nur eine Funktion der Robotergeschwindigkeit und seiner Beschleunigungs-/Verzögerungseigenschaften ist. Die Zykluszeit ist abhängig von der Geschwindigkeit, mit der der Roboter sich bewegen kann, ohne die Kontrolle über die Last zu verlieren. Horizontale Scherkräfte müs sen bei der Verwendung solcher Greifer berücksichtigt werden. Dies bedeutet häufig, daß der Roboter geringfügig unter seiner Maximalgeschwindigkeit betrieben werden muß.

Zur Zeit werden in der automatisierten Karosseriemontage Halterungen verwendet, auf welchen die Karosseriebleche relativ zueinander in einer vordefinierten Lage an geordnet werden. Die Lage wird durch Lagepunkte bestimmt, die die Bleche aufnehmen und in der gewünschten Position festlegen. Lagepunkte werden gewöhnlich durch feste An schläge gebildet, gegen welche die Bleche geklemmt werden oder die die Bleche innerhalb akzeptabler Toleranzen festlegen.

Die Lagepunkte müssen für die korrekte Anordnung bezüg lich der angrenzenden Bleche und Komponenten innerhalb bestimmter Toleranzen eingestellt werden, bevor die Ble che und Einzelteile durch die Bearbeitungsausrüstung zu sammengefügt werden. Um einen bestimmten Genauigkeitsgrad zu erzielen, ist es in der Regel erforderlich, manuelle Einstellungen mittels Unterlegstücken oder dergleichen an den Halteklemmen vorzunehmen. Die Einstellung muß durch Feinmessungen überprüft werden. Das ganze Verfahren ist sehr zeitaufwendig, teuer und langwierig.

Wenn das Blech für die Außenhaut der Fahrzeugkarosserie verwendet wird, kann das Festklemmen die Außenfläche des Blechs verkratzen und das äußere Erscheinungsbild des Fahrzeugs beeinträchtigen. Solche Bleche sind nur in einer begrenzten Konfiguration mit geringen Spielräumen angeordnet. Der Spielraum zwischen den Blechen und der Halteeinrichtung muß minimiert werden, wenn ein Verwinden des Blechs und Ungenauigkeiten des Mechanismus zugelassen werden. Manuelle Einstellung und Überprüfung ist wieder notwendig.

Wenn die Bleche einmal in den gewünschten Positionen zu einander angeordnet und festgeklemmt oder festgelegt sind, wird diese Anordnung gewöhnlich einer anderen Bear beitungseinrichtung zur permanenten Verbindung aller Ble che und Einzelteile zugeführt. Punktschweißen ist bei der Kraftfahrzeugherstellung ein geläufiges Verfahren. Ver kleben, Verschmelzen und Laserschweißen sind ebenfalls anerkannte Verfahren, um Metalle oder andere Materialien, wie z. B. polymerische Verbundmaterialien, miteinander zu verbinden.

Die zusammengesetzte Untergruppe wird dann gelöst, aus den Halterungen herausgehoben und zu anderen Montage plätzen gebracht, um dort in andere Gruppen integriert zu werden oder schließlich zu der vollständigen Karosserie zusammengebaut zu werden.

Gelegentlich werden Roboter und andere programmierbare Vorrichtungen zur Automatisierung bestimmter Montagevor gänge im Kraftfahrzeugkarosseriebau verwendet. Solche Vorgänge sind z. B. Punktschweißen und die Materialhandha bung. Jedoch wurde diese Automatisierung nicht allgemein auf die Anordnung der weiterzuverarbeitenden oder zu handhabenden Einzelteile ausgedehnt. Ein Beispiel einer Ausnahme ist in dem US-Patent Nr. 4,944,445 beschrieben. Dieses Patent erfordert die Vorsortierung von zu montie renden Einzelteilen und deren Anordnung in ungefähren Po sitionen auf einer speziell ausgestalteten Palette vor der Bearbeitung. Dies zieht die Unbequemlichkeit, Kosten und Platzanforderungen einer Vielzahl von Montagepaletten mit sich und unterscheidet sich nicht sehr weit von den Erfahrungen, die zur Zeit mit Versuchen der festen Auto matisierung gemacht werden.

Das '445-Patent offenbart auch programmierbare Halter, die als Werkzeugträger beschrieben werden und die mit handelsüblichen Werkzeugen bestückt werden müssen. Diese Werkzeuge müssen so beschaffen sein, daß sie der Montage oder dem Verfahren derart angepaßt sind, daß die montier ten Teile genau auf die Werkzeugbacken aufsteckbar sind.

Diese Anordnung hat gegenüber fester Automatisierung den Vorteil, daß nur ein Satz passender Werkzeuge erforder lich ist, die dort verbleiben, wo die Teile miteinander verbunden werden, anstelle mit jeder Palette dupliziert zu werden, wie das bei fester Automatisierung der Fall ist. Jedoch sind genau so viele Paletten wie bei der fe sten Automatisierung erforderlich. Die Halter sind in Gruppen angeordnet, wobei jede Gruppe in gemeinsamen Be wegungsebenen zwangsgeführt ist, wodurch die Flexibilität Nacheinstellungen vornehmen zu können, begrenzt ist, nachdem die Einzelteile auf dem Werkzeug angeordnet wor den sind.

Das US-Patent Nr. 4,641,819 offenbart programmierbare Vorrichtungen, die zur beabsichtigten Anordnung von Tei len genau positioniert werden und Halteelemente aufwei sen, die durch ihre Anordnung die Anordnung des jeweili gen Teils definieren. Programmierbare Vorrichtungen, her kömmlicherweise als Roboter bekannt, halten die Teile. Die Vorrichtung gemäß dem '819-Patent weist einen Satz von Grobeinstellmitteln für die Halterungen und einen Satz von Feineinstellmitteln für die Halterungen auf.

Das US-Patent Nr. 4,821,408 offenbart eine passive Posi tioniereinrichtung oder ein Spannfutter mit Halteelemen ten, die durch separate Bewegungselemente bewegt werden können.

Das US-Patent Nr. 4,738,387 betrifft das Layout von Mon tagestationen, das Stapeln von Teilen und die Lagerung von Teilen.

Das US-Patent Nr. 4,811,891 offenbart ein Verfahren zur Montage von Zweirädern. Die Spannvorrichtungen werden so befestigt, wie dies für die feste Automatisierung typisch ist. Das '891-Patent lehrt keine Flexibilität bei der An passung an verschiedene Karosserien, verschiedene Rahmen, verschiedene Größen oder Teile verschiedener Gestalt.

Das US-Patent Nr. 4,960,969 offenbart den herkömmlichen Einsatz von Robotern, kombiniert mit Werkzeugwechsel, um Roboter sowohl die Handhabung der Teile als auch die Be arbeitung der Teile, wie z. B. durch Punktschweißen, durchführen zu lassen.

Das US-Patent Nr. 4,691,905 offenbart das Anpassen der Montagefläche eines Teilehalters an die Form des Teils.

Das französische Patent Nr. 2631-100-A offenbart eine Po sitioniereinrichtung, welche ein Teil bewegt, nachdem dieses an der Positioniereinrichtung festgeklemmt worden ist.

Das US-Patent Nr. 4,894,901 betrifft die gemeinschaftli che Bearbeitung eines Teiles mittels zweier Roboter, eines Roboters zum Festhalten und eines Roboters zum Be arbeiten.

Das US-Patent Nr. 4,875,273 offenbart eine Vorrichtung, die Teile mittels fester Spannvorrichtungen positioniert. Ein Roboter bewegt die zusammengesetzte Baugruppe.

Das US-Patent Nr. 3,624,886 betrifft die herkömmlich fe ste Automatisierung und Verfahren zur Montage von Teilen, die sich dieser bedienen.

Die im Stand der Technik bekannten Haltevorrichtungen müssen grundsätzliche auf spezielle Modelle, Größen und Arten von Kraftfahrzeugkarosserien zurechtgeschneidert werden. Verschiedene Halterungen sind für jede Unter gruppe bzw. Vormontage selbst dann erforderlich, wenn zwischen den einzelnen Karosserietypen die Unterschiede geringfügig sind. Es ist deshalb immer dann, wenn ver schiedene Karosserietypen in derselben Fertigungsein richtung hergestellt werden sollen, erforderlich, viel fältige Halterungen herzustellen. Bei der Zunahme der Ka rosserievielfalt in der Autoindustrie ist es offensicht lich, daß derartige Versuche beträchtliche Kostenfolgen für Automobilhersteller in vielfacher Hinsicht haben:

- Anfängliche Investitionen in vielfältig einsetzbare Halterungen.
- Außergewöhnliche Anforderungen an Grundfläche zur Einrichtung vielfältiger Haltevorrichtungen, daher größere Kapitalinvestition in Anlagenbau und Einrich tungen.
- Erneuerungskosten für Haltevorrichtungen, wenn neue Modelle eingeführt werden.
- Große Anlagenkapazität und Verlust an Verkaufsmög lichkeiten, wenn sich die Marktanforderungen zwischen einzelnen Fahrzeugmodellen verschieben; wenn die große Kapazität für gering verkaufte Modelle nicht vollständig zur Herstellung von viel verkauften Mo dellen genutzt werden kann.
- Niedrigere Produktqualität, daher geringere Gewinne, wenn sich die Einstellung der Haltevorrichtungen im Betrieb verändert.
- Unflexibilität bei der Anpassung verschiedener Ge staltungsänderungen, die die Karosserieanordnungs merkmale beeinträchtigen können, daher geringere Empfänglichkeit für Marktanforderungen und Verlust von Marktanteilen.

Der Stand der Technik tendiert generell zur sogenannten "festen Automatisierung" (hard automation). Nur eine ge ringe Anzahl von Werkzeugsystemen besitzt die Möglich keit, an mehr als ein Blech angepaßt zu werden, wenn die Abweichungen zwischen verschiedenen Blechen geringfügig sind und keine kritischen Lagemerkmale des Werkzeugs be treffen. Gelegentlich kann das Werkzeug mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet sein, die an ein oder mehrere verschiedene Bleche angepaßt werden können, dies trägt jedoch zur Komplexität, zu den Kosten und zu der Größe des Werkzeugs bei. Ebenso mindert es dessen Verläßlich keit. Ein Beispiel wird in dem US-Patent Nr. 4,256,947 gezeigt.

Wegen dieser Unflexibilität in der Anwendung mußten bis her verwendete Haltevorrichtungen für feste Werkzeuge mit jedem Modell gewechselt werden. Dies führt zu einer lan gen Vorlaufzeit für die Einführung neuer Modelle, zu hö heren Produktionskosten für das Automobil, zu einer lang samen Anpassung an Marktanforderungen nach neuen Gestal tungen und im allgemeinen zu einer ungünstigen Wettbe werbsstellung für die Autohersteller.

Weiterhin ist das feste Werkzeug bzw. die feste Ausrü stung Fehleinstellungen ausgesetzt, da sich die Halterun gen bei kontinuierlicher Verwendung und häufigen Schlägen auf die kraftschlüssig gehaltenen Halter verschieben. Das führt zu schlecht angeordneten Teilen und erfordert häu fige Einstellungen. Da die Einstellungen durch Unterleg stücke und Klemmschrauben vorgenommen werden, ist dies ein langwieriges Verfahren, welches nicht präzise durch geführt werden kann und zu Unstimmigkeiten der Werkzeuge und zu minderer Qualität der Produkte führt.

Im Stand der Technik wird gewöhnlich die Materialhandha bung manuell oder durch speziell dafür ausgebildete Mate rialhandhabungsmechanismen durchgeführt. Die Bleche wer den manuell in die Haltevorrichtung eingelegt und erfor dern oft das Zusammenwirken von zwei Personen, speziell bei schweren oder dünnen (biegsamen) Teilen, bei welchen eine Vielzahl von Auflagepunkten erforderlich ist. Dies ist ein langweiliger Vorgang, bei welchem die Produkt qualität sich verringert, wenn die Leute müde werden und Bleche durch falsche Anordnung, Einbeulen und Verkratzen beschädigen. Speziell dafür vorgesehene Auflager- und Transfermechanismen sind in der Anwendung begrenzt, da sie permanent Platz belegen und gewöhnlich wegen der ent gegenstehenden Platzbedürfnisse nicht zur Automatisierung aller anstehenden Vorgänge verwendet werden können. Die Kosten und Platzeinbußen in Verbindung mit der Automati sierung der Anordnung und des Transfers von kleinen Ein zelteilen rechtfertigt für gewöhnlich diese Anwendung nicht. Deshalb ist eine solche Automatisierung normaler weise auf große und schwere Teile und Unterbaugruppen be schränkt. Aus diesem Grunde ist die Vollautomatisierung grundsätzlich im Stand der Technik nicht durchführbar.

Des weiteren offenbart die DE 36 20 536 C2 eine Anlage zum automatischen Einbau einer Tür oder einer ähnlichen Schließ einrichtung in eine entsprechende Türöffnung in einer Karosse rie, insbesondere in einer Fahrzeugkarosserie, mit einer Stützvorrichtung zum stabilen Abstützen einer Fahrzeugkarosse rie und einer Fördervorrichtung zum Heranfahren einer Tür in die Nähe der Türöffnung der Karosserie auf, wobei zwischen der Stützvorrichtung und der Fördervorrichtung eine bewegbare Meßvorrichtung zum Erfassen der Türöffnung und eine bewegbare Stellvorrichtung zum Abnehmen der Tür von der Fördervorrich tung und zum Einsetzen der Tür in die Türöffnung vorgesehen ist, und wobei ein Stellorgan vorgesehen ist, das die Meßvor richtung zwischen einer Ruhe- und einer Arbeitsstellung in der Nähe der Türöffnung und die Stellvorrichtung zwischen zwei Arbeitsstellungen naher der Fördervorrichtung und der Türöff nung bewegt.

Bei dieser Anlage weist die Meßvorrichtung sechs Meßeinrich tungen zum Erfassen der Abmaße der Türöffnung und die Meß- und die Stellvorrichtung unter Zwischenschaltung eines Computers betrieblich miteinander verbunden sind, der Signale von der Meßvorrichtung aufnimmt, diese verarbeitet und an sechs Linear-Stellglieder der Stellvorrichtung weitergibt, auf. Bei dieser Anlage erfolgt somit eine Positionierung eines Bauteils in Bezug auf ein zuvor exakt positioniertes anderes Bauteil, wodurch die Flexibilität der Montage eingeschränkt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anlage zur flexiblen Positionierung von Bauteilen in einer Montagestation zu schaffen, wobei die Bauteile weiterverarbeitet werden müs sen oder als genau positionierte Einzelteile durch einen Mate rialverbindungsvorgang z. B. durch mechanische Befestigungs elemente, Klebverbindung, Materialverschmelzung, Schweißen (Punkt, Bogen, Laser, E-Draht (E-Beam)) miteinanderverbunden werden, wobei die Positionierung der Bauteile möglichst gerin gen Beschränkungen unterliegt.

Ferner soll eine Anlage zur flexiblen Montage von Bauteilen geschaffen werden, die weiterverarbeitet werden müssen oder als genau positionierte Einzelteile durch einen Materialver bindungsvorgang, z. B. durch mechanische Befestigungselemente, Klebverbindung, Materialverschmelzung, Schweißen (Punkt, Bo gen, Laser, E-Draht (E-beam)) miteinander verbunden werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Somit wird ein flexibles, all gemein verwendbares, modellunabhängiges Positionier- und Mon tagesystem beispielsweise zur Automobilkarosseriemontage ge schaffen, wobei nach einem Ausführungsbeispiel jeder der pro grammierbaren Halter innerhalb seines Arbeitsbereichs voll ständig unabhängig von jedem der anderen programmierbaren Halter bewegbar sein kann.

Mittels der erfindungsgemäßen Anlage kann in einer Montagesta tion ein Verfahren durchgeführt werden, das die folgenden Schritte umfaßt: (a) die Aufnahme und das Tragen eines Teils mit wenigstens einem kritischen Lagemerkmal mittels wenigstens einem der programmierbaren Halter in einer ungefähren Lage, die relativ zu dem wenigstens einen kritischen Lagemerkmal des Bauteils definierbar ist; (b) die Einstellung der tatsächli chen Lage des Bauteils innerhalb des Arbeitsbereichs seines wenigstens einen programmierbaren Halters durch die Ansteue rung dieses wenigstens einen programmierbaren Halters, um das Bauteil von der ungefähren Lage und der Steuerung eines Pro gramms aus dem ersten Satz von Programmen so zu bewegen, daß das wenigstens eine kritische Lagemerkmal des Bauteils in der gewünschten Position angeordnet ist, so daß eine gewünschte Position für das Bauteil definiert ist; (c) das Festhalten des Bauteils in der gewünschten Position an einer Mehrzahl von Haltepunkten, wobei das Bauteil eine Position und Ausrichtung in der gewünschten Lage hat, die durch die Haltepunkte er zwungen ist; und (d) das Wiederholen der Schritte (a) bis (c) für jedes Bauteil der Bau gruppe, wobei die Bauteile zwangsgehalten sind, um gegebenen falls einer Bearbeitungsausrüstung die wenigstens teilweise Weiterverarbeitung der Bauteile zu ermöglichen, um die Bau gruppe zu erhalten.

Die Vorteile der Anlage zur flexiblen Positionierung bzw. Montage der vorliegenden Erfindung sind zahlreich. Die Anlagen

1. sehen programmierbare Lage- und Auflagepunkte vor, die abhängig von der Größe, Höhe und anderen Merkmalen der aufzunehmenden, zu tragenden und zu unterstützenden Bau teile eingestellt werden können.
2. Nehmen das Bauteil innerhalb eines Raums auf, der hohe Toleranzen für Fehlausrichtung und falsche Anordnung bie tet, und folglich die ungefähre Anordnung des Bauteils durch die Bauteilzulieferausrüstung, wie z. B. durch Robo ter, ermöglicht.
3. Stellen das Bauteil genau in der gewünschten Lage ein, nachdem es in der ungefähren Lage aufgenommen wurde.
4. Erfassen die Lage der kritischen Lagemerkmale im Raum und übermitteln die notwendige Einstellung zu den Haltern. Dies versichert die genaue Anordnung der kritischen Lagemerkmale relativ zueinander und korrigiert Ungenauigkeiten der Teile, ohne ihre vorgesehene Funktion zu beeinträchtigen.
5. Klemmen oder legen jedes Bauteil in seiner gewünschten Position fest.
6. Ermöglichen der Bearbeitungsausrüstung ein teilweises Verbinden der Bauteile einer Baugruppe, z. B. durch Punkt schweißen oder Kleben, und erhalten die Maßhaltigkeit in Vorbereitung für weitere Bearbeitungsschritte und für den fertigen Zusammenbau durch andere Bearbeitungsausrüstung.
7. Ermöglichen Bearbeitungsgerät sowie materialverbindende, lösende und befestigende Roboter die gewünschten Bearbei tungsschritte durchzuführen, während die montierten Bau teile genau positioniert sind.
8. Ermöglichen die Integration von Bearbeitungsfunktionen in allgemeiner Ausrüstung, z. B. die Verwendung von Klemm spitzen zum Punktschweißen.
9. Ermöglichen die Modularisierung des Herstellungsprozesses durch Integration der Haltevorrichtung zusammen mit Be arbeitungswerkzeug in einer Zelle. Die Herstellung in geringen Größenordnungen (low volume manufacturing) kann dann auf begrenzter Grundfläche durchgeführt werden.
10. Ermöglichen Materialhandhabung von Bauteilen durch flexible Automatisierung z. B. mit Robotervorrichtungen. Schaffen deshalb die Möglichkeit der Voll automatisierung des Herstellungsverfahrens mit allen damit verbundenen Vorteilen in Qualität, Beständigkeit und hö here Verläßlichkeit und höhere Auslastung (uptime) von Fertigungswegen.
11. Ermöglichen die Modularisierung der Halteausrüstung, wobei die Halte- und Ausrichtvorrichtungen alle identisch sein können oder aus gleichen Teilen hergestellt sein können; reduzieren dadurch Kosten, steigern die Verläß lichkeit und ermöglichen die Verringerung von Wartung und Service.
12. Können für verschiedene Teile (Bleche) neu konfiguriert werden und können von einem zum nächsten Automobilmodell jahr oder von einer zur anderen Anlage verwendet werden. Für neue Modelle kann sich lediglich die räumliche An ordnung der Module auf einer Plattform ändern, um der neuen Modellgeometrie angepaßt zu werden.

Somit erreicht man Verbesserungen bezüglich:

- Flexibilität (z. B. Anpassen an verschiedene Karosse riegrößen, laufende Designänderungen und Modellände rungen);
- Wirtschaftlichkeit (z. B. vorteilhafte Kosteneinsparun gen im Vergleich zu gängigen festen Automatisierungs systemen, abgesehen von den zusätzlichen Vorteilen der Modellunabhängigkeit und der Verwendbarkeit während laufender Modelländerungen);
- Effizienz (z. B. hält Werkzeuge aus der kritischen Planung bei neuen Modelleinführungsprogrammen heraus, erlaubt deshalb eine schnellere Einführung neuer Mo delle auf dem Markt und eine schnelle Umrüstung der Werkzeuge bei Programmänderungen anstelle von Geräte herstellung);
- Genauigkeit (bietet Verbesserungen der Werkzeuggenau igkeit und Werkzeugkonsistenz durch Programmierbarkeit und anpaßbare Einstellung und ist weniger abhängig von menschlicher Beurteilung);
- Beständigkeit (z. B. plaziert die Einzelteile immer in die gewünschte Lage ohne manuelle Einstellung, kor rigieren mittels Ausgleichsstücken, Klemmen etc.; die Lagepunkte verändern sich nicht mit häufiger Benut zung);
- Automatisierbarkeit (z. B. erlaubt die Automatisierung von allen Vorgängen im Zusammenhang mit der Montage von Kraftfahrzeugkarosserien sowie Materialhandhabung von großen und kleinen Einzelteilen sowie die Blech anordnung, Ausrichten, Klemmen und Verbinden).

Die o. g. und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vor liegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung des besten Ausführungsbeispiels der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen verdeutlicht:

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Radka stens und einer vierteiligen inneren Blech unterbaugruppe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und System zusammengebaut werden kann;

Fig. 2 ist eine schematische Oberansicht einer erfin dungsgemäßen Montageplattform;

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die die Lage eines Grundbauteils darstellt,

Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht, die eine zweite Sekundärbauteilanordnung bezüglich des Grundbauteils darstellt;

Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht, die die zweite Sekundärbauteilanordnung bezüglich des Grundbauteils und ersten Zweitbauteils dar stellt;

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht der Anordnung eines dritten Sekundärbauteils bezüglich des Grundbauteils und des ersten und zweiten Zweitbauteils;

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung ähnlich der Fig. 3, in welcher besondere Typen von pro grammierbaren Haltern gezeigt sind;

Fig. 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linien 8- 8 in Fig. 7;

Fig. 9 zeigt ein Blockdiagramm einer Sequenz von Be arbeitungsschritten nach der ersten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm einer Reihe von Bear beitungsschritten gemäß einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 11 zeigt ein Blockdiagramm einer Bearbeitungs sequenz gemäß einem dritten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 zeigt ein Blockdiagramm einer Reihe von Bear beitungsschritten gemäß einer vierten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 zeigt eine schematische Ansicht zweier Zellen mit deren Steuerung, die die Erfindung dar stellen und

Fig. 14 zeigt ein Flußdiagramm, welches die Monta gefolge einer Kraftfahrzeugkarosserie unter Verwendung der Erfindung darstellt.

Das Verfahren und System der vorliegenden Erfindung wird nachstehend im Rahmen seiner Anwendung anhand der Montage eines typischen Radkastens und einer vierteiligen inneren Blechunterbaugruppe in einer typischen Kraftfahrzeug karosserie beschrieben. Die Erfindung ist jedoch so zu verstehen, daß das Verfahren und das System zur Montage einer Vielzahl von Baugruppen verwendet werden kann, wel che wiederum in anderen Baugruppen montiert werden kön nen.

Die Elemente der Unterbaugruppe sind in Fig. 1 gezeigt. Ein inneres Blechviertel, QIP 1, soll positioniert und mit drei anderen Bauteilen, einer inneren Verschlußsäule (Lock Pillar Inner (LPI 2)), einem inneren oberen Vier tel, QIU 3, und einer inneren/äußeren Radkastenunterbau gruppe, WIO 4, permanent verbunden werden. Dieses Bei spiels ist gewählt worden, um zu zeigen, daß das Verfah ren sowohl für die Montage von Blechen zu Unterbaugruppen als auch für die Montage untereinander verschiedener Ble che, konstruktiver Bauteile und Unterbaugruppen in grö ßeren Unterbaugruppen anwendbar ist. In ähnlicher Weise kann das Verfahren zur Montage von Unterbaugruppen (als Bauteile) in der Fertigmontage der Karosserie verwendet werden.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, umfassen das Verfahren und das System die Verwendung von programmierbaren Hal tern 20 bis 28. Diese Halter sind als Roboter arbeitende Trägervorrichtungen, die unter Steuerung eines ersten Satzes von Steuerprogrammen an spezielle zur Aufnahme und Positionierung von mechanischen Bauteilen oder Blechen geeignete Punkten positioniert werden können. Die Halter sind auf einer Plattform 14 an einer Montagestation in nerhalb einer Kraftfahrzeugmontageanlage montiert. Die Position der Halter wird so gewählt, daß die Bauteile einer Baugruppe auf wenigstens drei Auflagepunkten mon tiert werden können, wobei die Auflagepunkte durch die Halter gebildet werden. Die Halter sind in der Lage, diese drei Auflagepunkte innerhalb eines definierten Ar beitsbereichs zu positionieren, wobei dieser Arbeitsbe reich die Reichweite eines jeden Roboterhalters darstellt und diesen erlaubt, Bleche und Bauteile verschiedener Größen und Konfigurationen aufzunehmen. Einige Halter können mit Klammern bestückt sein, um die Bauteile in ih rer genauen Position für den folgenden Verbindungsvorgang festzulegen.

Der Montagevorgang unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfordert das Anordnen der Komponenten der Un terbaugruppe in einer Reihenfolge, bei welcher ein Bau teil, das Grundbauteil, zuerst positioniert, genau ausge richtet und festgeklemmt wird. Andere Bauteile oder Se kundärbauteile werden dann der Reihe nach bezüglich des Grundbauteils und relativ zueinander positioniert, ausge richtet und festgeklemmt, bis die fertige Baugruppe voll ständig ist. Diese Baugruppe wird dann durch Bearbei tungsgerät, wie z. B. Roboter, weiterverarbeitet, um diese permanent miteinander zu verbinden. Dies kann z. B. durch Punktschweißen oder Kleben erfolgen. Die Verarbeitung kann teilweise oder ganz an der Montagestation erfolgen, oder die Plattform mit den ausgerichteten und gesicherten Bauteilen kann zu einer Bearbeitungsstation bewegt wer den. Wenn die Bauteile an der Montagestation miteinander verbunden werden, können einige Halter gelöst und neu ausgerichtet werden, um zusätzliche Bauteile aufzunehmen, wodurch die Ausnutzung der Halter verbessert wird.

Fig. 3 zeigt das Grundbauteil, das QIP 1, der Radkasten unterbaugruppe, das auf den Halter 20, 21 und 22 angeord net ist. Fig. 4 zeigt ein Sekundärbauteil, das LPI 2, das bezüglich des Grundbauteils durch programmierbare Halter 23 und 24 mit Hilfe eines gesonderten Auflage punkts, der durch das Zusammenstecken von dem LPI 1 mit dem QIP 1 erhältlich ist, ausgerichtet ist. Die Fig. 5 und 6 zeigen andere Sekundärbauteile der Radkastenunter baugruppe, das QIU 3 und das WIO 4, die von den program mierbaren automatischen Haltern 25, 26 und 27 aufgenommen werden und bezüglich des QIP 1 relativ zueinander ausge richtet werden.

Die programmierten Halter sind nicht auf das Schaffen nur eines Auflagepunkts beschränkt. Endeinrichtungen wie z. B. Greifer können von jedem Halter getragen werden und so ausgebildet sein, daß sie das Werkstück (das Blech) in sechs Freiheitsgraden voll tragen und festlegen können.

Das folgende sind spezielle Betrachtungen, die für jeden Schritt der Ausrichtungs- und Bearbeitungsfolge anwendbar sind:

Aufnahme und Groborientierung des Grundbauteils

Die Ausrichtung und Groborientierung des Grundbauteils ist aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich. Ein Bauteil, vorzugsweise das schwerste oder in der Genauigkeit, Funk tionalität oder Integrität kritischste Bauteil kann für die Baugruppe als Grundbauteil ausgesucht werden. Andere Bauteile der Unterbaugruppe werden normalerweise auf das Grundbauteil bezogen oder an diesem befestigt. In dem vorliegenden Beispiel ist das Grundbauteil, Blech 1, auf wenigstens einem der drei Halter 5, 6 und 7 angeordnet. Die Halter 5, 6 und 7 sind hier verschieden von denen der Fig. 2 dargestellt, um andere Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung zu zeigen. Die drei Aufnahme halter 5, 6 und 7 müßten eine stabile Auflage für das Blech 1 bilden, wenn jeder einen Auflagepunkt bildet. We niger Halter können ebenfalls erwünscht sein, wenn jeder von diesen eine Auflagefläche oder Linie anstelle eines Punktes für das Blech 1 bietet.

Das Grundbauteil wird entweder manuell oder durch automa tische Materialhandhabungseinrichtungen, wie z. B. Robo ter, der Plattform 14 zugeführt. Diese Zuführung kann zunächst eine Grobausrichtung des Grundblechs 1 sein. Die Halter 5, 6 und 7 können auch das Blech 1 aufnehmen und mit Mitteln versehen sein, um dessen Bereitstellung in eine besser definierte Position zu lenken. Die Führung des Blechs 1 kann zwangsweise durch einen abgeschrägten Stift erfolgen, der in einem Loch geführt ist, wie dies für den Halter 5 dargestellt ist; oder dadurch, daß der Halter 6 mit einer abgeschrägten Führungsfläche 11 zur Zwangsführung der Seitenkanten des Blechs 1 versehen ist.

Während für einige Anwendungen die Halter 5, 6 und 7 fest stehen können, kann für andere Anwendungen wünschenswert sein, diese an eine komplexe Bauteilgeometrie anzupassen. Positionierbare Halter können servoangetrieben sein und fortlaufend programmierbar sein oder diskret an einer be grenzten Anzahl von bekannten Positionen positioniert werden, z. B. durch pneumatische Zylinder. Obwohl einige Halter zur Einstellung mehrere Freiheitsgrade benötigen, können andere, insbesondere Auflagehalter, nur in einer Richtung, z. B. in der Höhe, einstellbar sein.

Fig. 7 zeigt verschiedene Arten von programmierbaren Haltern. Der mit 6 bezeichnete Halter hat eine Gelenkarm konstruktion, die drei Drehfreiheitsgrade bietet, während der Halter 7 zwei lineare Bewegungen und eine Drehbewe gung durchführen kann.

Fig. 8 zeigt das in der Z-Richtung eine zusätzliche Li nearbewegung für jeden der Halter 5, 6 und 7 vorgesehen sein kann. Es ist klar, daß die mechanische Konstruktion der Halter 5, 6 und 7 jede Konfiguration aufweisen kann, so lange die notwendigen Bewegungsfreiheitsgrade vorhan den sind.

Feinausrichtung und Festklemmen des Grundbauteils

Nachdem das Grundbauteil 1 auf den Haltern 5, 6 und 7 ge lagert und grob ausgerichtet worden ist, stellen die pro grammierbaren Halter 6 und 7 das Blech entlang vorbe stimmter Wege unter Kontrolle der Steuerprogramme ein und ergreifen das Blech 1 jeweils an Haltepunkten wie 6 und 7. Hier ist vorausgesetzt, daß der Halter 5 als ein fe ster Bezugspunkt dient und unterhalb seines abgeschrägten Endes genau in ein maßhaltiges Loch eingepaßt ist. Die Halter können jedoch auch in der vertikalen Richtung pro grammierbar sein. Die Steuerprogramme sind entsprechend der Größe und Konfiguration des Blechs 1 ausgesucht. Die Bewegungsbahnen ermöglichen den Haltern 6 und 7, das Blech 1 sanft in die gewünschte genaue Position zu bewe gen.

Es müssen sechs Kontaktpunkte berührt werden, um die An ordnung und Orientierung des Blechs 1 einmalig zu defi nieren, wenn es von den Haltern 6 und 7 in drei Frei heitsgraden versetzt wird. Wenn das Blech einmal in der gewünschten genauen Position angeordnet ist, werden die Klemmen 8 aktiviert, um das Blech in dieser Position festzulegen. Die Klemmen können unabhängig voneinander positioniert werden oder in den ortsfesten Halter 5 oder die programmierbaren Halter 6 und 7 integriert sein.

Eine andere Lösung sieht vor, daß die Halter 5, 6 und 7 das Blech in seiner groben Position festklemmen, seine kritischen Lagemerkmale aufnehmen und dann das Blech zu sammenwirkend in die gewünschte Position bewegen, so daß die kritischen Lagemerkmale exakt in ihrer gewünschten Position angeordnet sind. Es versteht sich von selbst, daß die Algorithmen des Steuerungsprogramms in bekannter Art und Weise aus der gewünschten Bewegung der kritischen Lagemerkmale so abgeleitet werden können, wie sie sich mathematisch zwangsläufig aus der Form des Bauteils erge ben.

Die Klemmen können derart aus zwei einfach zueinander parallelen Backen gebildet sein oder können auch speziell geformte Backen aufweisen, wie es für die Klemme 8 in Fig. 8 gezeigt ist, um an spezielle Blechcharakteristiken anpaßbar zu sein, ohne die Flexibilität oder Modularität des Systems zu beeinträchtigen. Wenn eine solche Flexibi lität nicht erzielt werden kann, können die programmier baren Klemmen/Halter mit abnehmbaren Backen bestückt sein, wie dies von automatisierten Anwendungen mit auto matischen Handwechslern bekannt ist. Für diesen Fall kann ein Gestell (nicht gezeigt) in der Nähe der programmier baren Klemme vorgesehen sein, auf welchem die Backen in den gewünschten Formen montiert sind. Die Backen können mit speziellen Schnellwechselvorrichtungen versehen sein, die das Anbringen und Abnehmen von der programmierbaren Klemmvorrichtung unter Programmsteuerung ermöglichen.

Die Funktionen der Groborientierung, der Aufnahme und der Feinausrichtung und des Klemmens können in einer Vorrich tung kombiniert werden. Zum Beispiel ist die programmier bare Klemme/Halter 6 aus Fig. 8 mit einer abgeschrägten Oberfläche 11 zur Führung des Blechs 1 in eine grobe Po sition vorgesehen. Der Halter 6 dient ebenso als Auflager für das Blech 1 und ist mit Klemmbacken 8 versehen und ferner programmierbar, um exaktes Anordnen und Klemmen zu ermöglichen. Für einige Anwendungen kann jedoch die Tren nung dieser Funktionen erwünscht sein, insbesondere wenn die Flexibilität der Herstellung die Verwendung von fe sten Auflagern ermöglicht.

Ein festes Auflager, sowie der Halter 5, kann als allge meiner Bezug für alle Halter auf der Plattform 14 verwen det werden, obwohl dieser auch in der Höhe verstellbar sein kann, um eine Anpassung an verschiedene Blechgeome trien zu ermöglichen, ohne den Status als allgemeine Be zugspunkt zu verlieren.

Alle Halter, Auflager und Klemmen sind auf der festen Plattform 14, die einen gemeinsamen Koordinatenbezugs rahmen X, Y, Z für alle Vorrichtungen bildet, montiert. Das Grundbauteil wird durch die Halter 5, 6 und 7 an min destens sechs Punkten zwangsgeführt. Mit entsprechender räumlicher Unterteilung zwischen den Haltern 5, 6 und 7 werden gemeinschaftlich alle sechs Freiheitsgrade des Blechs erzwungen.

Sekundärbauteilanordnung

Wenn das Grundbauteil positioniert und festgeklemmt ist, können die anderen Bauteile auf ähnlich eingerichteten Haltern, wie sie mit Hinblick auf die Fig. 2, 3, 4 und 6 beschrieben worden sind, angeordnet werden. Die Halter sind darauf programmiert, einen hohen Genauigkeitsgrad für die Ausrichtung der Bauteile relativ zueinander zu halten. Dies ist durch genaues Kalibrieren während der anfänglichen Einrichtung der Halter und durch die Verwen dung des gemeinsamen Bezugsrahmens gewährleistet. Eine höhere Genauigkeit und Beständigkeit kann jedoch dadurch erreicht werden, daß ein Satz von Lagesensoren 13, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, vorgesehen ist. Die Sen soren 13 messen und bestimmen die Anordnung sowohl des Grundbauteils als auch der Sekundärbauteile bezüglich des gemeinsamen Koordinatenbezugsrahmens der Plattform 14. Es ist an sich bekannt, die Daten der Sensoren einer Mikro prozessorsteuerung zuzuführen, welche wiederum die not wendige Ausrichtungseinstellung für jeden Halter vor nimmt, um das Bauteil in die gewünschte Position auszu richten. Die eingestellten Lagen werden dann den Steuer elementen der programmierbaren Halter als Bewegungsbe fehle für die gewünschte genaue Lage zugeführt. Die Sen soranzeige wird als Feedback-Signal zur Überprüfung der exakten Lage der Bauteile verwendet. Die Sensoren 13 sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie die kritischsten La gemerkmale des Bauteils aufnehmen. Kritische Merkmale be stimmen gewöhnlich die Qualität der Fahrzeugmontage ein schließlich Bauteilpassung, Anpassung der Gestaltungs linie, Koordination von Hauptausrichtungspunkten etc. Das Wahrnehmen und Festlegen der kritischen Lagemerkmale zu einander mit hoher Genauigkeit gewährleistet eine hohe Produktqualität. Obwohl eine Sechs-Punkt-Wahrnehmung für einige Bauteile notwendig sein kann, um alle möglichen Fehlorientierungen zu korrigieren, kann auch für andere Bauteile mit weniger kritischen Lagemerkmalen nur ein einziger Sensor ausreichend sein.

Verschiedene Arten von Sensoren können für die Bestimmung der genauen Anordnung der Bauteile und die notwendigen Haltereinstellungen verwendet werden. Zum Beispiel können Näherungssensoren verwendet werden, da diese einfach und billig sind. Bildüberwachungskameras können strategisch verteilt sein, um kritische Merkmale auf den Bauteilen zu erfassen und deren Lage und Orientierung zu bestimmen. Diese Informationen kann dann den Steuereinrichtungen der programmierbaren Halter zugeführt werden und deren Posi tion kann entsprechend eingestellt werden. Das US-Patent Nr. 4,707,647, welches auf den Anmelder der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde und hier in seiner Gesamtheit einbezogen ist, offenbart ein solches Bildverfahren und System. Die kritischen Lagemerkmale können auch, z. B. an einer Überwachungsstation, entfernt von der Montageplatt form aufgenommen werden. Jede Abweichung von der ge wünschten Lage des kritischen Lagemerkmals der fertigen Baugruppe kann in Form von digitalen Daten der program mierbaren Steuerung der Halter zugeführt werden, um in folge einer solchen Überwachung notwendige Einstellungen an den Unterbaugruppen vorzunehmen.

Im allgemeinen sind für jedes Bauteil drei programmier bare Halter erforderlich. Zwei Halter können für Sekun därbauteile, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind, ausreichend sein, wenn diese in Berührung mit anderen bekannten Merk malen angrenzender Bauteile angeordnet werden. Es ist üb lich, zwischen benachbarten Bauteilen einer Baugruppe Steckflächen vorzusehen, die zwei zu einem Dritten Halter äquivalente Begrenzungspunkte bilden.

Es ist ersichtlich, daß dieses Positionsverfahren sich radikal von dem bekannten Stand der Technik unterschei det, da es die Fähigkeit aufweist, an Variationen in der Geometrie und Anordnung der Teile angepaßt zu werden. Die programmierbaren Halter können von einer zentralen Steue rung innerhalb ihrer Reichweite in jede beliebige zur Aufnahme und Ausrichtung einer Vielzahl von Bauteilen ge eignete Position bewegt werden. Diese können dann mit Programmen versehen werden, um sich in Richtung der ge wünschten Lage der kritischen Lagemerkmale, wie sie von den Sensoren aufgenommen wurden, zu bewegen. Deshalb kön nen die Halter sowohl Bauteile in einer gewünschten theo retischen Lage positionieren als auch geringfügige Abwei chungen zwischen den Bauteilen anpassen, während sie eine optimale Lage für die wahrgenommenen kritischen Lagemerk male einhalten.

Bearbeitung

Einmal ausgerichtet und festgeklemmt, können die Unter baugruppen, die Halter und die ganze Plattform zu einer Bearbeitungsstation mit Verbindungsgerätschaften, wie z. B. Robotern Stiftschweißpressen (stud welding presses) etc. bewegt werden, wo die Untergruppenbauteile permanent miteinander verbunden werden. Eine andere Möglichkeit ist die Installation von Bearbeitungsanlagen wie z. B. Robo tern an der Montagestation, wo die Geräte in Gegenwart der programmierbaren Halter Zugang zu den zu schweißenden Stellen haben.

Vorbearbeitung

Bei einigen Vorgängen müssen mehrere Teile teilweise mit einander verbunden werden, bevor sie zur Endmontage einer Bearbeitungsstation zugeführt werden. Die Montagestation kann dann mit Robotern zur Materialverbindung ausgerüstet sein, die Schweißpunkte oder dergleichen anbringen, die die Bauteile in den gewählten Lagen festhalten. Es ist ebenfalls möglich, die zur Unterstützung dienenden Halter mit Bearbeitungswerkzeugen, wie z. B. Punktschweißspitzen, zu bestücken. In solchen Fällen können die Halter dort angeordnet sein, wo benachbarte Bauteile miteinander ver bunden werden. Sie können auch mit rollenden Stützelemen ten versehen sein, um den Schweißgeräten das Abfahren der geschweißten Verbindungen zu ermöglichen. Wenn zwei be nachbarte Bauteile einmal miteinander verbunden sind, sind nur noch drei Halter anstelle von sechs erforder lich, so daß drei Halter gelöst werden können, um für die Anordnung des nächsten Unterbauteils verwendet zu werden. Diese Lösung minimiert die Anzahl von an einer Montage station benötigten Haltern und reduziert Kosten.

Bei einer anderen Bearbeitungsmöglichkeit kann vorgesehen sein, daß die programmierbaren Halter den Bearbeitungs geräten kooperativ folgen oder diesen voreilen, um die Bauteile so nahe wie möglich an den Verbindungsstellen zu sichern, wodurch eine stabilere Unterstützung der Bau teile gewährleistet ist und der Bedarf nach einer Viel zahl von Haltern und Klemmen vermieden wird.

In einer ganz anderen Variation können die Auflagepunkte der Halter ein Element der Bearbeitungsausrüstung dar stellen, welches sich kooperativ mit zusammen arbeitenden Elementen der Bearbeitungsausrüstung bewegt, um eine Auf lage für die Bauteile zu schaffen und mit dem Verbin dungsmedium an der Verbindungsstelle zu kommunizieren. Insbesondere beim Stiftschweißen (stud welding) kann ein Halter einen Auflagepunkt bieten und gleichzeitig als ne gative Elektrode für das Bearbeitungsgerät dienen, wel ches eine positive Elektrode bewegt und mit dem pro grammierbaren Halter zusammenwirkend den elektrischen Strom und die Schweißkraft aufbringt.

Kleine Teile eignen sich auch für einen anderen Vorbear beitungsvorgang. Anstelle die kleinen Teile nach Plazie rung und Festklemmen miteinander zu verbinden, ermöglicht die Erfindung das genaue Anordnen der Teile durch einen Materialhandhabungsroboter und das anschließende Verbin den durch einen Bearbeitungsroboter, z. B. durch Punkt schweißen an der Montagestation. Der Verbindungsvorgang kann vollständig oder teilweise abhängig von der an einer Station zur Verfügung stehenden Bearbeitungszeit durchge führt werden. Bei teilweiser Durchführung wird der Vor gang dann in der folgenden Endbearbeitungsstation ver vollständigt. Bei dieser Lösung werden programmierbare Klemmaufnahmen vermieden und deren Funktion wird durch die exakten Plaziermöglichkeiten des Materialhandhabungs roboters ersetzt.

Blech- und Bauteilhandhabung

Die Unterbaugruppenteile können dem Montagesystem manuell oder vorzugsweise durch automatische Materialhandhabungs mittel zugeführt werden. Für Flexibilität und Kompatibi lität sind zur Blech- und Bauteilhandhabung am besten automatisierte Vorrichtungen geeignet, die in Überein stimmung mit dem programmierbaren Werkzeug programmiert werden können. Förderer können dazu verwendet werden, die Bauteile und Bleche zu der Montagestation zu bringen, Stapel von Teilen können durch Gabelstapler, automatisch gelenkte Fahrzeuge und dergleichen zu der Montagestation gebracht werden; oder die Teile können in Behältern und Körben zur manuellen Bereitstellung und Handhabung ge bracht werden. Die Teile können dann von dem Ort, wo sie bereitgestellt worden sind, angehoben und auf den Monta gehaltern angeordnet werden. Wenn die Teile nicht ordent lich geliefert werden, können visuelle Systeme dazu ver wendet werden, die Robotervorrichtungen in vordefinierte Greifpositionen zu lenken oder es kann Handarbeit einge setzt werden.

Unterbaugruppenanlieferung

Wenn alle Unterbauteile mit dem Grundbauteil oder mitein ander verbunden worden sind, kann die zusammengesetzte Unterbaugruppe zu der nächsten Bearbeitungsstation als anderes Bauteil einer anderen Unterbaugruppe zu der näch sten Bearbeitungsstation bewegt werden, oder als fertige Fahrzeugkarosserie, wenn keine anderen Hauptunterbaugrup pen zugefügt werden müssen. Die Unterbaugruppe kann durch einen Roboter oder andere automatisierte Vorrichtungen von der Halteplattform 14 abgenommen werden und auf einer Materialtransfervorrichtung, wie z. B. einem Förderer oder einem AVG, abgesetzt werden, um zu der nächsten Bearbei tungsstation transportiert zu werden. Die Unterbaugruppe kann zum Transport zur nächsten Station auf anderen Hal tevorrichtungen angeordnet sein. Bei einigen Vorgängen kann es notwendig sein, die Unterbaugruppe in ihrer fest geklemmten Lage zu halten, insbesondere, wenn diese als Grundbauteil für den nächsten Montagevorgang dient. In diesem Fall kann die gesamte Plattform 14 mit den Haltern und der Unterbaugruppe der nächsten Station zugeführt werden und anschließend zurückgeführt werden, wenn die Unterbaugruppe abgenommen wurde.

Es sollte angemerkt werden, daß, obwohl dieses Verfahren eine äquivalente Anzahl von Auflager- und Klemmpunkten für individuelle Bauteile verwendet, die verwendete Ge samtanzahl beachtlich geringer sein kann, da die Klemm vorrichtungen nicht bei jeder Unterbaugruppe bleiben müs sen, wenn diese von einer Montagestation zu der nächsten bewegt wird oder wenn die Unterbaugruppe von der Montage station zu der Endbearbeitungsstation bewegt wird. Mit der Verwendung von Sensoren kann zusätzlich die Anzahl der Haltepunkte minimiert werden, da die kritischen Lage merkmale ohne Bedarf für überzählige Halter erhalten bleiben, wie dies bei festen Haltevorrichtungen der Fall ist.

Alternativen der Bearbeitungsreihenfolge

Für die Abfolge von Positionier- und Verbindungsvorgängen stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Einige dieser Möglichkeiten sind nachstehend als Alternativen # 1, # 2, # 3 und # 4 beschrieben und in den Fig. 9, 10, 11 und 12 jeweils dargestellt.

Alternative # 1: Plattformtransfer

Die Untergruppenbauteile werden in der Montagestation auf den programmierbaren Haltern angeordnet und festgeklemmt. Die Halter werden auf einer Plattform montiert, die dann einer anderen Station zur Bearbeitung zugeführt wird. Die integrierte Unterbaugruppe wird dann von der Montage plattform 14 zum Weitertransport zur nächsten Montagesta tion entfernt. Die Montageplattform 14 wird zu der Monta gestation zurückgeführt, um den nächsten Bauteilsatz auf zunehmen. Doppelte Plattformen würden die gemeinsame Ver wendung von Montage- und Bearbeitungsausrüstung erlauben.

Alternative # 2: Unterbaugruppentransfer

Bei dieser Lösung wird die Unterbaugruppe vorbearbeitet, um ihre Bauteile an Stellen miteinander zu verbinden, die nur geeignet sind, den Zusammenhalt während des Transfers zu der Endbearbeitungsstation aufrechtzuerhalten. Die Montageplattform 14 bleibt ortsfest, während die teil weise bearbeitete Unterbaugruppe der Endbearbeitungs station zugeführt wird. Diese Lösung vermeidet den Auf wand und die Kosten im Zusammenhang mit einem Transfer mechanismus für die schwere und komplexe Montageplattform 14. Jedoch wird etwas mehr Verarbeitungsgerät an der Mon tagestation benötigt und die Positionier- und Klemmerfor dernisse in der Bearbeitungsstation werden verringert. Die Montage- und Bearbeitungsausrüstung wird zusammenwir kend verwendet.

Alternative # 3: Einzelstationslösung

Die Vorgänge der Bauteilanordnung, des Klemmens und Ver bindens werden alle in einer Station durchgeführt. Diese Lösung ermöglicht das zusammenwirkende Betreiben von An ordnungs- und Bearbeitungsgerät, es ist jedoch wahr scheinlich, daß eine geringere Produktivität erzielt wird als bei der Anordnung von mehreren Stationen. Jedoch sind die Ausrüstungskosten geringer und können verdoppelt wer den, um die Produktion zu steigern.

Alternative # 4: Parallelbearbeitung

Bei dieser Lösung werden zwei Stationen identisch wie bei der Einzelstationslösung betrieben (Alternative # 3). Die Anordnungs- und Bearbeitungsvorrichtungen und Roboter wechseln zwischen Stationen, die innerhalb ihres gemein samen Arbeitsbereichs angeordnet sind. Die Anordnungsvor richtungen übergeben die fertigen Unterbaugruppen der Ma terialtransferausrüstung, wie z. B. AVG's, Förderer etc.

In Fig. 13 ist eine erweitere Anwendung der Alternative # 4 gezeigt, wo die AVG's die Bauteile zu den Montage stationen bringen und die fertigen Unterbaugruppen von der Bearbeitungsstation aufnehmen. Die Bauteile können in Stapeln, Magazinen, Paletten etc. der Montagestation zu geführt werden. Entweder der Transfermechanismus oder ein Materialhandhabungsroboter führen die Bauteile einem an die Montagestationen angrenzenden Bereitstellungsraum zu. Der Materialhandhabungsroboter plaziert die Bauteile dann wahlweise auf der programmierbaren Halteplattform 14, wo sie genau ausgerichtet und festgeklemmt werden. Der Mate rialhandhabungsroboter bewegt sich dann, um die zweite Montagestation zu bestücken. Simultan bewegt sich ein Be arbeitungsroboter zu der ausgerichteten Unterbaugruppe, um alle ausgerichteten Bauteile zu verbinden. Wenn die Bearbeitung beendet ist, wird die Unterbaugruppe gelöst, von der Montageplattform entfernt und einem verfügbaren AVG zur Überführung zu der nächsten Montage- oder Bear beitungsstation übergeben. Der Materialhandhabungsroboter kehrt dann zurück, um die freie Montageplattform 14 mit neuen Teilen zu bestücken, während der Bearbeitungsrobo ter sich zu einer anderen Montage-/Bearbeitungsplattform bewegt.

Es ist üblich, daß die Steuereinrichtungen der Stationen sowohl miteinander und mit anderen Gerätesteuerungen als auch mit Computern anderer Anlagen kommunizieren können, um die Verfügbarkeit der benötigten Bauteile zu gewähr leisten. Der pünktliche Transfer von dem Lagerbereich zu den Bearbeitungs- und Montageorten kann deshalb gewähr leistet werden. Diese Lösung sichert die Kontinuität des Herstellungsvorgangs und die ununterbrochene Verwendung der Ausrüstung bei gleichzeitiger Minimierung der über schüssigen Wartezeiten. Wenn in dem Bereitstellungsbe reich zu wenig Teile vorhanden sind, kann die Be reichssteuerung mit der Materiallagerungssteuerung an derer Bereiche der Anlage kommunizieren und die Anliefe rung einer speziellen Art und Anzahl benötigter Bauteile anfordern. Dies wird gewöhnlich in der automatisierten Fertigung gemacht und ist nicht Gegenstand der vorliegen den Anmeldung. Es soll nur erwähnt sein, um die Integra tionsmöglichkeiten des Verfahrens und Systems der vorlie genden Erfindung in die Technologie flexibler Herstellung aufzuzeigen.

Für die Alternative # 4 sind noch andere Variationen als hier beschrieben möglich. Zum Beispiel die Verwendung eines Drehtisches ermöglicht die Verwendung einer Seite als Montagestation, während die entgegengesetzte Seite als Bearbeitungsstation verwendet wird. Eine Drehung des Tisches um 180° kehrt die Funktion um und stellt dem Be arbeitungsroboter eine neu ausgerichtete Unterbaugruppe und dem Materialhandhabungsroboter eine fertiggestellte Unterbaugruppe zur Verfügung. Die Anordnung der Bauteile muß auch nicht in einer horizontalen Ebene erfolgen, ob wohl eine Ebene mit einem horizontal angeordneten Bauteil wünschenswert ist, um die Schwerkraft für die Grobaus richtung vor dem Festklemmen auszunutzen.

Der Bereitstellungsbereich muß ebenfalls nicht von den AVG's unabhängig sein. Zum Beispiel kann das AVG als Be reitstellungsbereich verwendet werden, wodurch der Trans fer der Bauteile von dem AVG zu dem Bereitstellungsbe reich entfällt. Wenn die Teile auf dem AVG erschöpft sind, kann dieses sich wegbewegen und ein anderes mit den erforderlichen Bauteilen kann hereingebracht werden. Ge eignete Fahrpläne und zeitgerechter Programmeinsatz wür den es ermöglichen, die AVG's bei Bedarf anzufordern, um eine kontinuierliche Produktion aufrechtzuerhalten. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann deshalb ange ordnet werden, so lange die Montagestationen programmier bar sind, um Variationen der Teile einzupassen und die genaue Ausrichtung und Bearbeitung der Teile ermöglichen.

Abfolge der Karosseriemontage

Fig. 14 zeigt den Fortgang der Montage einer Kraftfahr zeugkarosserie aus ihren Einzelteilen nach der vorliegen den Erfindung. Die Grundbauteile werden zuerst zu Unter baugruppen zusammengestellt. Die Unterbaugruppen werden dann sowohl mit anderen Unterbaugruppen als auch mit ein zelnen Bauteilen kombiniert, um größere und komplexere Unterbaugruppen zu bilden. Dieses Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis die letzten Unterbaugruppen und Bauteile zu der fertigen Fahrzeugkarosserie zusammengebaut worden sind.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auf jedes Stadium des konventionellen Verfahrens nach Fig. 14 an wendbar, da es feste Haltevorrichtungen und feste Werk zeuge durch programmierbare Halter ersetzt, da es die flexible Materialhandhabung und Bearbeitungsausrüstung, sowie Roboter, in den Prozeß integriert und schließlich, da es die Ausrichtungs- und Bearbeitungsvorgänge mit den Variationen in Produktionsplänen und laufende Designände rungen koordiniert.

In jedem Stadium der Montagefolge einer Kraftfahrzeug karosserie kann jede Montagestation angewiesen werden, einen verschiedenen Satz von Bauteilen aufzunehmen und mittels verschiedener Programme zu bearbeiten, so lange die Halter einen geeigneten Arbeitsbereich haben, um sich an neue Teile anzupassen. Mit Produktionsflexibilität in Automobilfertigungsanlagen in erster Linie für geringe Abweichungen zwischen einzelnen Modellen (z. B. innerhalb von Zentimetern) und der gleichen Montagefolge, ist es relativ leicht, den Arbeitsbereich der Halter an die große Vielzahl von Karosseriearten und -größen anzupas sen. Der Prozeß ist deshalb flexibel genug, so daß die Anlage jederzeit von der Produktion eines Modells auf ein anderes umgestellt werden kann, wie das für bestimmte Marktanforderungen erforderlich ist.

Designänderungen können bequem angepaßt werden. Solche Änderungen können geänderte Blechanforderungen, Größen oder Materialien umfassen und erfordern verschiedene Aus richtpunkte, was leicht durch Umprogrammierung zu bewerk stelligen ist. Diese Flexibilität ist mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Systemen nicht erzielbar. Diese verursachen beachtliche Herstellungs kosten, da sie teures Werkzeug wechseln müssen, um diese Möglichkeit zu bieten. Die Hersteller können sogar Markt anteile verlieren, wenn sie diese Flexibilität als zu teuer erachten.

Das hier beschriebene Verfahren und System der vorliegen den Erfindung ist nicht auf die Montage von Kraftfahr zeugkarosserien beschränkt, die hauptsächlich aus Metall blech, Plastik oder Verbundwerkstoffen zusammengesetzt sind. Vielmehr erstreckt sich die Erfindung auf alle Mon tagevorgänge, die die Ausrichtung und Anordnung von einem oder mehreren Bauteilen einer Baugruppe, deren Festklem men in einer genauen relativen Lage und deren dauerhaftes oder temporäres Verbinden durch Verbindungsvorgänge er fordern. Zum Beispiel ist die Erfindung sowohl auf die Montage von Motoren als auch auf bedruckte Schalttafeln anwendbar, so lange die Bauteile der Baugruppe zur ge nauen Ausrichtung und Festlegung zueinander auf program mierbaren Haltern angeordnet sind. Die Bauteile werden dann durch Befestigungselemente, Kleben, Schweißen etc. mit einander verbunden.

Claims

1. Anlage zur flexiblen Positionierung von Bauteilen (1-4) in einer Montagestation zur nachfolgenden Bildung einer Baugruppe, wobei jedes der Bauteile wenigstens ein kriti sches Lagemerkmal und eine Vielzahl von Auflagepunkten aufweist, die relativ zu dem wenigstens einen kritischen Lagemerkmal definiert sind, wobei die Anlage folgendes umfaßt:
eine Basis (14) mit einer Vielzahl von voneinander beab standeten, auf der Basis angeordneten programmierbaren Haltern (6, 7 und 20-28), wobei jeder der programmierbaren Halter einen individuellen Arbeitsbereich aufweist und zur Aufnahme und zum Tragen wenigstens eines der Bauteile an einem seiner Auflagepunkte ausgebildet ist, wobei sämtli che der programmierbaren Halter an vordefinierten Stellen auf der Basis (14) befestigt und gehalten sind,
Steuerungsmittel mit einem ersten Satz von Programmen, wo bei jeder der programmierbaren Halter sich unter Programm steuerung innerhalb seines Arbeitsbereiches bewegt, um die Auflagepunkte des wenigstens einen Bauteils einzustellen, und
Fixierelemente zur Halterung jedes Bauteils an einer Viel zahl von Haltepunkten relativ zu der Basis, da durch gekennzeichnet,
daß die programmierbaren Halter einen Koordinatenrahmen mit einem vorbestimmten Punkt als Bezugspunkt bilden be züglich der Basis,
daß jedes der Bauteile von der Vielzahl der auf der Basis befestigten programmierbaren Halter in ihren jeweiligen Auflagepunkten zusammenwirkend getragen werden, und
daß die Auflagepunkte jeden Bauteils von ihren ursprüng lichen Positionen durch zusammenwirkende Ausrichtung der Vielzahl von programmierbaren Haltern mittels des ersten Satzes von Programmen relativ zu dem Bezugspunkt des Koordinatenrahmens ausrichtbar sind, so daß das wenigstens eine kritische Lagemerkmal jeden Bauteils in einer ge wünschten Stellung relativ zu dem Bezugspunkt des Koordi natenrahmens angeordnet ist und so eine gewünschte Stel lung für jedes der anderen Bauteile definiert und daß die Bauteile in deren gewünschter Stellung mittels der Fixier elemente festgelegt sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zumindest ein Sensor (13) zur Erzeu gung eines Lagesignals vorgesehen ist, welches die aktuel le Lage des wenigstens einen kritischen Lagemerkmals zu mindest eines der Bauteile (1-4) in dem Basiskoordinaten rahmen aufnimmt und jeweils wenigstens ein Feedback-Signal erzeugt, das von den Steuerungsmitteln derart verarbeitet wird, daß dieses Bauteil (1-4) aufgrund des Lagesignals während der Einstellung in seine gewünschte Lage bewegt wird.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß wenigstens einer der Auflage punkte für ein gegebenes Bauteil durch ein anderes Bauteil gebildet wird.

4. Anlage nach Anspruch 1-3, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens einer der programmierbaren Halter (20-28) wenigstens zwei Freiheitsgrade aufweist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halter (5) als Be zugspunkt vorgesehen ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Halter programmierbar ist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuerungsmittel einige der programmierbaren Halter synchronisieren, um die kriti schen Lagemerkmale des aufgenommenen Bauteils während der Einstellung der Auflagepunkte gemeinsam zu versetzen.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der programmierbaren Halter als Fixierelement ausgebildet ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch ge kennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor (13) auf dem programmierbaren Halter angeordnet ist, der eines der Bauteile bewegt.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der wenigstens eine Sensor (13) eine auf dem programmierbaren Halter angeordnete Kamera ist.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der programmierbaren Halter ein Materialhandhabungsroboter ist.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der Materialhandhabungsroboter Mittel zur Lagerung wenigstens eines der Bauteile innerhalb sei nes Arbeitsbereichs aufweist und daß der Roboter das we nigstens eine der Bauteile in die Lage des ursprünglichen Auflagepunktes lädt.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (14) ein tra pezoidförmiger Drehtisch ist.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel einen zweiten, von dem ersten Satz verschiedenen Satz von Programmen aufweisen und daß die Steuerungsmittel Mittel zur Auswahl eines der beiden Sätze von Programmen auf weisen, so daß die Vielzahl von programmierbaren Haltern ihre Bauteile unter Steuerung eines ausgewählten Satzes aus dem ersten und zweiten Satz von Programmen bewegt.

15. Anlage zur flexiblen Montage von Bauteilen (1-4) zu einer Baugruppe, wobei eine Montagestation mit einer An lage zur flexiblen Positionierung von Bauteilen sowie Bearbeitungsmittel für das zumindest teilweise Verbinden der Bauteile vorgesehen sind, während diese von Fixier elementen festgelegt sind, dadurch gekenn zeichnet, daß die Anlage zur flexiblen Positionie rung von Bauteilen nach einem der Ansprüche 1-14 ausge führt ist.

16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bearbeitungsmittel in einer Be arbeitungsstation angeordnet sind, die räumlich von der Montagestation beabstandet ist, und daß Mittel zur Bewe gung der festgehaltenen Bauteile von der Montagestation zur Bearbeitungsstation vorgesehen sind.

17. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bearbeitungsmittel in der Mon tagestation angeordnet sind.

18. Anlage nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, daß des weiteren Entlade werkzeuge zum Entladen der teilweise verbundenen Bauteile von der Basis vorgesehen sind.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 15-18, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der pro grammierbaren Halter ausgebildet ist, sein Bauteil in der gewünschten Position an wenigstens einem seiner Halte punkte sowohl zu halten als auch zu bearbeiten.

20. Anlage nach nach einem der Ansprüche 15-19, da durch gekennzeichnet, daß die Steuer ungsmittel die Fixierelemente dazu veranlassen, wenigstens eines der Bauteile an wenigstens einem der Vielzahl von Haltepunkten loszulassen, wobei die teilweise verbundenen Bauteile ihre gewünschten Positionen durch die übrigen der Vielzahl von Haltepunkten beibehalten.

21. Anlage nach nach einem der Ansprüche 16-20, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsstation einen Bearbeitungsroboter umfaßt.

22. Anlage nach einem der Ansprüche 16-21, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Bewegen der verbundenen oder teilweise verbundenen Bauteile von der Bearbeitungsstation zu der nachfolgenden Station einen Materialhandhabungsroboter umfassen.